LOFAR  Tied-­‐Array  All  Sky  Survey  

Searching  for  Pulsars  with  LOFAR  

Sally  Cooper  The  University  of  Manchester  

+  LOFAR  Pulsar  Working  Group  

Pulsar  Working  Group  Jason  Hessels  (co-­‐lead)    Ben  Stappers  (co-­‐lead)  

Anya  Bilous  Thijs  Coenen  Sally  Cooper  Heino  Falcke  

Jean-­‐Mathias  Griessmeier  Tom  Hassall  

Aris  Karastergiou  Evan  Keane  

Vlad  KondraFev  Michael  Kramer  

Masaya  Kuniyoshi  Joeri  van  Leeuwen  

Daniele  Michilli  Aris  Noutsos  Maura  Pilia  

Maciej  Serylak  CharloLe  Sobey  Sander  ter  Veen  

Joris  Verbiest  Patrick  Weltevrede  

Kimon  Zagkouris    

ASTRON  /  Universiteit  van  Amsterdam  University  of  Manchester  Radboud  Universiteit  Nijmegen  Universiteit  van  Amsterdam  University  of  Manchester  Radboud  Universiteit  Nijmegen  LPC2E/CNRS  University  of  Southampton  University  of  Oxford  MPI  für  Radioastronomie  ASTRON  MPI  für  Radioastronomie  MPI  für  Radioastronomie  ASTRON  /  Universiteit  van  Amsterdam  ASTRON  /  Universiteit  van  Amsterdam  MPI  für  Radioastronomie  ASTRON  University  of  Oxford  MPI  für  Radioastronomie  Radboud  Universiteit  Nijmegen  MPI  für  Radioastronomie  University  of  Manchester  University  of  Oxford    

Commissioning  Surveys  

7  incoherent  staGon  beams  

75  square  degrees  FoV  

57  minutes  observaGons  

LPPS  19  Ged  array  beams  

4  square  degrees  FoV  

17  minutes  observaGons  

 

LOTAS  

Field  of  View   SensiFvity  

LOTAS  Discoveries  

J0140+5621   J0613+3731  

LOTAS  Discoveries  

J0140+5621   J0613+3731  

LOFAR  Tied-­‐Array  All  Sky  Survey  (LOTAAS)  

§  Superterp  HBA  staGons  §  All  Northern  sky  §  3  incoherent  beams  (SAP)  §  67  Ged-­‐array  beams  per  SAP  §  12  addiGonal  TABs  on  known  

sources  §  119  –  151  MHz  §  1  hour  observaGons  §  0.49  ms  sampling  Gme  §  32  MHz  bandwidth  per  SAP  

LOTAAS  Survey  

Known  pulsars  

Tied-­‐array  beam  Incoherent    

beam  

MulFple  passes  on  sky:    3x  with  incoherent  beams  

1x  full  coverage  Ged-­‐array  beams  

Why  LOTAAS?  

•  LOTAAS  will  be  the  deepest  low-­‐frequency  pulsar  survey  ever  done  

•  LOTAAS  is  expected  to  discover  ~200  radio  pulsars  

•  Characterise  the  local  pulsar  populaGon  

•  Variable  sources  and  transients    

•  LOFAR/LOTAAS  is  a  pathfinder  for  SKA  pulsar  surveys  

Data  Processing  •  4TB  for  full  poinGng  (222  beams)    •  Originally  processing  in  Manchester  

(Hydra)  –  90  nodes  with  8  CPU’s  –  15  hours  to  process  single  beam  –  24  hours  to  process  full  poinGng    

•  Limited  by  downloading  data  

[Credit:  Ant  Holloway  (JBCA)]  

Cartesius  •  The  Dutch  naGonal  supercomputer  •  Granted  10  million  CPU  hours  •  500  nodes  with  24  CPU’s    

•  5  hours  to  process  single  beam  •  5  hours  to  process  full  poinGng    

 (theoreGcal)  

•  Downloading  data  no  longer  boileneck  •  Stage  data  directly  from  Grid  to  Cartesius  •  Download  full  poinGng  in  7  hours  (simultaneous  downloads)  

Current  Status  

•  270  observed  poinGngs  out  of  the  650  in  Pass  A      

•  Processed  160  poinGngs    •  Period  and  single  pulse  searching  

•  3  million  candidates  •  Viewing  candidates  by  eye  •  65  known  pulsar  redetecGons  

Candidate  plot  with  known  pulsar  detecGon  

Pulsar  Discoveries  

J1529+40  P  =  0.476  s  DM  =  6.6  σ  =  13.6  

J0935+33  P  =  0.961  s  DM  =  18.4  σ  =  19.6  

J2350+31  P  =  0.508  s  DM  =  39.1  σ  =  33.8  

J1809+17  P  =  2.066  s  DM  =  47.0  σ  =  9.3  

ConfirmaGon  

•  Full  LOFAR  core    •  127  beams  •  15  or  30  min  observaGons  

Machine  Learning  •  3  million  candidates  •  Too  many  to  visually  inspect  

•  Machine  learning  algorithm  •  Scoring  system  to  represent  candidates  

Data  

Classifier  

Training  Set  

PredicGons  

•  22  scores:  Period,  SNR,  DM,  peaks  in  profile  etc.  •  Neural  network  

Ø  Successful  for  HTRU  •  Applied  same  HTRU  classifier  to  LOTAAS  candidates  

Ø  Unsuccessful.  Failed  to  return  discovery  pulsars.  High  false  posiGve  rate  

 

Very  Fast  Decision  Tree  

       

•  Need  LOFAR  specific  training  set  of  known  pulsars  Ø  65  known  pulsars  including  4  LOTAAS  discoveries  

•  Update  scoring  system  Ø  Rob  Lyon    Ø  8  scores  based  on  only  the  staGsGcs  of  the  pulse  

profile  and  the  DM  curve  •  Very  Fast  Decision  Tree  Algorithm  Classifier  

Ø  Applied  to  all  3  million  candidates  Ø  8300  posiGve  predicGons  Ø  RedetecGon  of  known  pulsars:  80  Ø  5  new  discoveries  

   

Pulsar  Discoveries  

J1814+22  P  =  0.253  DM62.3  σ  =  11.8    

J2336-­‐01  P  =  1.029  s  DM  =19.6  σ  =  31.5        

J2057+21  P  =  1.116  s  DM  =  73.6  σ  =  5.8  

J0305+11  P  =  0.862  DM  =  27.8  σ  =  8.9  

J0317+13  P  =  1.974  DM  =  12.9  σ  =  17.6  

J2350+31 J0317+13

J2057+21 J0613+37 J0140+56

J0935+33

J1529+40

J1809+17

J2336-01

J0305+11

J0317+13

J2057+21 J0613+37 J0140+56

J0935+33

J1529+40

J1809+17

J2336-01

J0305+11 J1814+22 J2350+31

Completed  PoinGngs  Incoherent  beams  

LOTAAS  pulsars    LOTAS  pulsars  Tied-­‐array  

beams  

GBNCC  independent  discoveries  

J0216+52   J1815+55   J1800+50   J2001+42  

SensiGvity  

•  Known  pulsars  ²  Discovery  

Minimum  theoreGcal  flux  of  Superterp  at  DM  =  50  and  300  cm3  pc  for  low  and  high  galacGc  laGtudes  

Period  short   0.065  s  

Period  long   3.033  s  

DM  low   2.96  cm3  pc  

DM  high   171.73  cm3  pc  

Tsys  dominated  by  Tsky  Bhat  2004  scaiering    

Lovell  ObservaGons  

J1529+4049  

J0613+3734  

J0140+56  

InternaGonal  StaGons  Nançay  

J2350+31    2  hours  

113  MHz   138  MHz  

161  MHz   185  MHz  

Conclusions  

•  3  million  candidates    •  skimmed  the  surface  •  Machine  learning    

–  original  score  system  has  been  revised  –  80+  known  pulsars  

•  11  new  pulsar  discoveries  (9  +  2)  •  Analyse  single  pulse  search  output:  Daniele  Michilli    •  Timing  with  LOFAR,  Lovell  at  1.4  GHz  and  Int’l  staGons  •  Long  term  proposal  submiied/accepted  for  1001  hours    Discovery  webpage  hip://www.astron.nl/lotaas